(57)【要約】【課題】  ｘ位置を決定する電極およびｙ位置を決定する電極を含む電極パターンによって画定される感応エリアを有する基材を備える２次元位置センサ。【解決手段】  ｘ電極およびｙ電極は、全体がｘ方向に延び、かつ、ｙ方向にインタリーブする。ｘ電極は、少なくとも、第１、第２、および第３グループのエレメントであって、異なるｘ電極グループのエレメントのうちの隣接するエレメントが、ｘ方向に同一の広がりを持つように形成される、少なくとも、第１、第２、および第３グループのエレメントを備え、その結果、ｘ電極が比率容量性信号を提供し、それにより、感応エリアにわたって擬似連続ｘ位置検知を実現する。さらに、ｙ電極は、抵抗接続されるか、または、比率対で配列されて、擬似連続ｙ位置検知を実現してもよい。あるいは、ｘ電極グループは、異なる面積のｘ隣接ブロックの対を形成するように櫛歯様にかみ合って、ｙ電極によって実現される段階的ｙ位置検知と組合された段階的ｘ位置検知が実現されてもよい。【選択図】  図１２
2007323650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘ位置を決定する電極およびｙ位置を決定する電極を含む電極パターンによって画定される感応エリアを有する基材を備える２次元位置センサであって、前記ｘ電極および前記ｙ電極は、全体がｘ方向に延び、かつ、ｙ方向にインタリーブし、前記ｘ電極は、第１、第２、および第３グループのエレメントであって、第１および第２グループのエレメントのうちの隣接するエレメントが、前記感応エリアの一部分にわたってｘ方向に同一の広がりを持ち、第２および第３グループのエレメントのうちの隣接するエレメントが、前記感応エリアの別の部分にわたってｘ方向に同一の広がりを持つように形成される、第１、第２、および第３グループのエレメントを備え、その結果、前記ｘ電極が、ｘ方向において前記感応エリアにまたがる各比率容量性信号を提供するセンサ。
【請求項２】
前記ｘ電極は、第４グループのエレメントをさらに備え、前記第３および第４グループのエレメントのうちの隣接するエレメントが、前記感応エリアのさらなる部分にわたって同一の広がりを持ち、その結果、前記ｘ電極が、ｘ方向において前記感応エリアにまたがる各比率容量性信号を提供する請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記感応エリアの周縁において、前記電極に接続する複数の外部電線をさらに備え、前記複数の外部電線は、
前記ｘ電極のグループのそれぞれのエレメントに接続される各電線と、
前記ｙ電極に接続される複数の電線と、を含む請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
中央スパインをさらに備え、前記中央スパインは、前記中央スパインの両側から延びるｘ電極の前記第３グループのエレメントを相互接続するために、前記感応エリアの周縁からy方向に延び、それにより、ｘ電極の前記第３グループのエレメントが、前記感応エリ
アの周縁から外部に接触することが可能になる請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記感応エリアの周縁において、前記電極に接続する複数の外部電線をさらに備え、前記複数の外部電線は、
前記感応エリアを左側と右側に概念的に分割する前記中央スパインに接続し、それにより、ｘ電極の前記第３グループに接触する電線と、
前記中央スパインの左側のｘ電極の前記第１グループのエレメントに接続される電線と、
前記中央スパインの右側のｘ電極の前記第１グループのエレメントに接続される電線と、
前記中央スパインの左側のｘ電極の前記第２グループのエレメントに接続される電線と、
前記中央スパインの右側のｘ電極の前記第２グループのエレメントに接続される電線と、
前記ｙ電極に接続される複数の電線と、を含む請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
同一の広がりを持つｘ電極の各グループのエレメントは、前記比率容量性信号を提供するために、同一の広がりの前記エレメントの距離にわたって相補的なテーパを有する請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項７】
同一の広がりを持つｘ電極の各グループのエレメントは、前記比率容量性信号を提供するために、同一の広がりの前記エレメントの距離にわたって面積が変わる隣接ブロックを有する請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項８】
前記ｙ電極は、各外部電線に、個々に、かつ／または、グループで接続され、それによ
り、ｙ方向の位置情報が提供される請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項９】
前記ｙ電極は、抵抗性エレメントによって相互接続され、その結果、比率容量性信号は、前記ｙ電極のサブセットに接続される外部電線を通して出力され、それにより、ｙ方向の位置情報が提供される請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記ｙ電極は、少なくとも２つのｙ電極の垂直に隣接するグループで配列され、各グループの前記ｙ電極は、異なる垂直範囲を有し、その結果、比率容量性信号は、各グループの異なるｙ電極に接続される外部電線を通して出力され、それにより、ｙ方向の位置情報が提供される請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記電極は、透明材料できている請求項１から１０のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記基材は、透明材料できている請求項１から１１のいずれか１項に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人の指、または、スタイラスによって通常作動される、２次元容量性位置センサに関する。デバイス例としては、タッチスクリーンおよびタッチパッド、特に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、または、陰極線管（ＣＲＴ）および他のタイプのディスプレイ、または、ペン入力タブレット、またはフィードバック制御のために機械装置で使用されるエンコーダ等である。
【０００２】
機械に対するペン入力またはタッチ入力に関する記述は、ＤＥ２０３，７１９［１］で具体化されたように、少なくとも１９０８年にさかのぼる。
【背景技術】
【０００３】
タッチスクリーンおよびポインティングデバイスは、パーソナルコンピュータに関連してだけでなく、携帯情報端末（ＰＤＡ）、販売時点管理（ＰＯＳ）端末、電子情報および発券用キオスク、台所機器などのような他の機器の全ての使用法においても益々人気が高く、一般的になってきた。これらのデバイスは、低価格製品になるように絶え間なく進化しており、結果として、高いレベルの品質および頑健性を維持しながら、さらに低い生産コストについての必要性が存在する。
【０００４】
タッチスクリーンは、一般に、２つのカテゴリ、すなわち、容量性と抵抗性に属する。
容量性デバイスの場合、用語「２次元容量性変換器」または「２ＤＣＴ」は、タッチスクリーン、タッチ検知パッド、近接センサ、ＬＣＤ、プラズマ、またはＣＲＴスクリーンなどの上のディスプレイオーバレイタッチスクリーン、機械デバイスまたはフィードバック系用の位置検知、容量性検知メカニズムによって、対象物または人体の部分のロケーションに関する、少なくとも２次元座標、デカルト座標、またはその他の座標を表示することができる表面または容積を有する、制限の無い他のタイプの制御表面についての総称用語として使用される。
【０００５】
抵抗性デバイスの場合、用語「２次元抵抗性変換器」または「２ＤＲＴ」は、純粋な直流電気の原理に基づくタッチスクリーンまたはペン入力デバイスを指すための総称用語として使用される。
【０００６】
用語「２ＤｘＴ」は、２ＤＣＴタイプか２ＤＲＴタイプのいずれかのエレメントを指す。
用語「タッチ」は、所望の出力を生成するのに十分な容量性信号強度を持つ、人体の部分または機械的コンポーネントによるタッチまたは接近を意味する。「接近」の意味で、タッチは、物理的接触を行うことなく、２ＤＣＴを「指示する」ことを意味することもでき、２ＤＣＴは、適切に反応するのに十分な、対象物の接近による静電容量に応答する。
【０００７】
用語「エレメント」は、２ＤＣＴまたは２ＤＲＴのアクティブな検知エレメントを指す。
用語「電極」は、エレメントの周縁における接続地点を指す。
【０００８】
用語「ストライプ」は、エレメントのコンポーネント部分であり、２つの端部を有する電線導体を指す。ストライプはワイヤでもよい。ストライプは直流電気抵抗を有することができ、一方、ワイヤは最小の抵抗を有する。ストライプが、その一部であるエレメントが、物理的に湾曲する場合、ストライプもまた、物理的に湾曲する。
【０００９】
用語「糸巻き型(pin cushion)」は、２次元収差の放物型であろうと、樽型(barrel)で
あろうと、または他の型であろうと、２ＤＣＴからの信号の任意の歪を指す。
多くのタイプの２ＤＣＴは、「糸巻き型」または「双曲型(hypebolic)」または「放物
型（parabolic）」を特徴とする幾何学的歪を受けることが知られており、それにより、
報告されるタッチ座標は、検知表面に電気的影響があるため、誤差を生じる。これらの影響は、種々の他の特許、たとえば、参照により組み込まれる、PepperのＵＳ４，１９８，５３９［２］により詳細に記載される。幾何学的歪に対する、知られている原因、解決策、および解決策の問題についての優れた要約は、参照により組み込まれる、ＵＳ５，９４０，０６５［３］およびＵＳ６，５０６，９８３［４］のBabb他を読むことで見出すことができる。ＵＳ５，９４０，０６５［３］は、２つの主要な種類の補正、すなわち、１）検知表面または接続電極の設計またはそれに対する変更を伴う電気機械的方法、２）歪を補正するための、数学的アルゴリズムを使用したモデリング方法、を簡潔に記載する。
電気機械的方法
平面エレメントのエッジ操作：ＵＳ２，３３８，９４９［５］（１９４０年に出願）のKupfmuler他は、小さな使用可能エリアを囲むＸおよびＹの非常に長い長方形テール部を
使用して、２ＤＲＴエレクトログラフのエッジ歪の問題を解決している。Kupfmuler他は
、４つのテール部をストライプ内に入れるさらなる手法をとっている。これらのストライプは、ユーザ入力エリアに侵入しないが、電流に平行な側面に沿って非等方的に、電流に対して実際に抵抗を上げるように働く。この考えは、ほぼ５０年後に、Yaniv他、ＵＳ４
，８２７，０８４［６］において、少し異なる形態で再び現れる。Kupfmulerは、今も、
本発明に対して最も似ている従来技術になっている。
【００１０】
ＵＳ２，９２５，４６７［７］のBeckerは、２ＤＲＴエレクトログラフを記述する最初のものを記載し、それにより、エレメント固有のシート抵抗に対して、抵抗が非常に低いエッジ材料を使用することによって、非線形エッジ効果がなくなる。この方法は、２ＤＣＴを構築するのにも使用することができる。
【００１１】
特許ＵＳ４，１９８，５３９［２］、ＵＳ４，２９３，７３４［８］、およびＵＳ４，３７１，７４６［９］でPepperは、エレメントのエッジ抵抗構造を操作することによって、２ＤＣＴを線形化する方法を述べている。
【００１２】
ＵＳ４，８２２，９５７［１０］のTalmageは、２ＤＲＴエレメントとピックオフシー
トに関連して、Pepperと類似のエッジパターンを述べる。多数の他のこうした特許が、種々の方法を使用して発行されており、この分野(area)は、今日まで、新しい特許にとって創造力に富む分野のままである。これらの方法は、開発し、複製するのが非常に難しいことがわかってきており、また、これらの方法には、差動熱による加熱誘導誤差および生産の問題がある。非常にわずかな量の局所的な誤差またはドリフトが、座標応答における実質的な変化を引き起こす可能性がある。パターニングされたエッジストリップの低抵抗によって、ドライバ回路要素に関する問題が発生し、ドライバ回路要素が、より多くの電力を消費し、その他の方法よりずっと費用がかかる。Pepper特許を参照し、同様なことを行うことを主張するかなりの数の特許が存在する。少なくともBeckerの特許は作製が容易であり再現性があるため、Becker の特許を上回るPepperの特許等によって与えられる改善
は、間違いなく取るに足らないものである。
【００１３】
ワイヤエレメントに関するエッジ抵抗：ＵＳ４，６７８，８６９［１１］でKableは、
２つの軸上で抵抗性分割器チェーンを使用した、ペン入力用の２Ｄアレイを開示しており、導電性の高い電極がチェーンに接続され、電極は、検出のために意図しないある抵抗を有し、検出信号は、２つの隣接電極間で生成される信号から補間される。意図しない抵抗は、応答において、わずかの量の糸巻き歪を生じる。この特許は、この技法によって発生するわずかの糸巻き歪を補償するアルゴリズム的手段も述べている。Kableの方法は、接
続式スタイラス以外に関しては働かない。すなわち、人の指に応答するものとしては述べられていない。Kableの特許は、導体間のクロスオーバを必要とし、したがって、少なく
とも３つの構成層（導体、絶縁体、導体）を必要とする。
【００１４】
複数アクティブエッジ電極：ＵＳ３，６９９，４３９［１２］でTurnerは、結果を線形化するための、４つ全ての側面上に複数の電極接続を有するアクティブプローブを持つ均一抵抗性スクリーンを開示している。
【００１５】
ＵＳ４，６８０，４３０［１３］でYashikawa他、および、ＵＳ５，４３８，１６８［
１４］でWolfeは、（角とは対照的に）各側面上の複数の電極地点を使用する２ＤＣＴを
教示しており、それによって、一方の軸上の電極からの電流と他方の軸の電極との相互作用を減らすことによって、糸巻き歪の減少が促進される。エレメントは単純なシート抵抗器であるが、この手法は、エレメントに非常に接近した各接続地点において、多数のアクティブ電子接続（ダイオードまたはＭＯＳＦＥＴのリニアアレイなど）を必要とする。
【００１６】
ＵＳ４，６４９，２３２［１５］でNakamuraは、YashikawaおよびWol feと同じ方法を
教示するが、抵抗性ピックアップスタイラスを用いる。
順次走査式ストライプエレメント：ＵＳ４，６８６，３３２［１６］およびＵＳ５，１４９，９１９［１７］でGreanias他、ＵＳ５，４６３，３８８［１８］のBoie他、および、ＵＳ５，３８１，１６０［１９］でLandmeierは、Ｘ軸とY軸の両方における、交互に独立に駆動され、検知されるストライプ導体を使用するエレメント検知方法を教示しており、それによって、指のタッチの位置、または、ピックアップデバイスによって、スタイラスペンの位置が解釈される。構成は、複数の材料層と特別な処理を必要とする。Greaniasは、両方の軸において高い分解能を達成するために、ストライプ間での補間の使用を教示する。両方共、エレメント内での導体のクロスオーバを可能にするために、３つ以上の層を必要とする。両方共、１つのストライプから別のストライプへのクロスカップリングの量ではなく、各ストライプ上の静電容量の測定による。Boieはまた、特別なガードプレーンを教示する。
【００１７】
ＵＳ５，８４４，５０６［２０］およびＵＳ６，１３７，４２７［２１］のBinsteadは、Kable、Al len、Gerpheid、およびGreaniasによって教示されたものと同じ方法で離散
的な細いワイヤを使用したタッチスクリーンを教示する。Binsteadは、透明性を達成するために、非常に細い行および列ワイヤを使用する。この特許はまた、高い分解能を達成するために、電極ワイヤ間で補間するGreaniasの方法を教示する。走査は、１つのストライプから別のストライプへのクロスカップリングの量ではなく、接地に対する各ストライプ上の静電容量の測定による。
【００１８】
ＵＳ４，７３３，２２２［２２］のEvansはまた、コンデンサ分割器効果によって検知
信号を引き出すために、コンデンサの外部アレイも使用して、Ｘ軸とＹ軸の両方で、ストライプが順次に駆動されるシステムを述べる。ストライプのみを用いて可能であるより微細な分解能を評価するために、補間が使用される。
【００１９】
ＵＳ３，９２１，１６６［２３］のVolpeは、容量性走査法を使用する離散的なキーの
機械式キーボードを述べる。順次に駆動される入力行と順次に検知される列が存在する。キーの押下げは、行から列へのカップリングを増加させ、こうして、ｎキーのロールオーバを達成することができる。補間についての必要性は存在しない。２ＤＣＴではないが、Volpeは、走査式ストライプエレメント２ＤＣＴ技術を予言する。本発明者自身のＵＳ６
，４５２，５１４［２４］もまた、センサのこの分類に属する。
【００２０】
ＵＳ５，１８１，０３０［２５］のItayaは、接触ロケーションを読み出す抵抗性平面
に所定圧力下で結合する抵抗性ストライプを有する２ＤＲＴを開示する。ストライプまたは平面は、特定のストライプ上の接触ロケーションが容易に識別できるように、ストライプにかけられた１Ｄ電圧勾配を有する。各ストライプは、それ自身の、少なくとも１つの電極接続を必要とする。
【００２１】
周期走査式ストライプエレメント：ＵＳ５，３０５，０１７［２６］のGerpheide他は
、絶縁体によって分離された、重ね合わせ金属ストライプの複数直交アレイを使用した、タッチパッド静電容量ベースコンピュータポインティングデバイスを教示する。スキャン線は、ドライブ回路要素用件を最小にするために、周期反復パターンで配列される。本発明の配線の周期的な性質は、絶対位置ロケーションのためのこのタイプの２ＤＣＴの使用を妨げる。本発明は、マウスを置き換えるのに使用されるタッチパッドに適しており、実際のロケーションの決定は必要とされず、相対移動検知のみが重要である。Gerpheideは
、タッチのロケーションにおいて２相−対向信号間の信号を均衡させる方法を教示する。
【００２２】
並列読取りストライプエレメント：ＵＳ５，９１４，４６５［２７］のAllen他は、ア
ナログ回路要素によって並列に読取られる行および列スキャンストライプを有するエレメントを教示する。特許は、順次走査式エレメントより雑音が低く、応答が速いことを特許請求する。方法は、マウスの置き換えのためのタッチパッドに特に適しているが、より大きいサイズにはうまくスケーリングしない。全ストライプエレメント２ＤＣＴと同様に、複数の構成層が必要とされる。Allenの方法は、大規模集積化と多数の接続ピンを必要と
する。Allenの方法は、その数の未処理ストライプによって達成可能であるより高い分解
能を達成するために補間する。
【００２３】
ＷＯ０４／０４０２４０［２８］「Charge  Transfer  Capacitive  Position  Sensor」において、Philippは、図１２に関連して、個々の抵抗性１Ｄストライプを使用して、
タッチスクリーンを作る方法を述べる。これらのストライプへの接続が、互いに独立であるため、これらのストライプは、並列か、順次のいずれかで読取られることができる。さらに、図６に関連して、隣接する集中電極エレメントと指などの対象物との間の補間カップリングが述べられる。ＷＯ０４／０４０２４０［２８］は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２４】
ＷＯ２００５／０２００５６［２９］において、Philippは、間隔を空けて配置された
第１および第２抵抗性バスバーを有し、バスバーの間に非等方的導電性エリアがある、位置センサを述べる（図３を参照されたい）。タッチまたは接近によって、非等方的導電性エリア内で誘導される電流は、優先的にバスバーの方に流れて、検出回路要素によって検知される。誘導電流、たとえば、ドライブ回路要素によって誘導される誘導電流は、優先的に一方向に沿って流れるため、位置推定値内の糸巻き型歪は、主としてこの単一方向に束縛される。こうした一次元歪は、スカラー補正係数を適用することによって、非常に簡単に補正することができ、それにより、複雑なベクトル補正についての必要がなくなる。これは、タッチスクリーンの形態であろうが、「タッチパッド」の形態であろうが、２ＤｘＴとして使用することができる、プラスチックまたはガラスパネルあるいは他の誘電体の背後の静電容量を検知するための導電性材料の２Ｄパターンを提供する。ディスプレイ用の適した透明オーバレイまたは他の裏張りを設けるために、導体は、透明で、たとえば、インジウム酸化錫（ＩＴＯ）で作られることができる。
【００２５】
この手法は、携帯電話に適した２インチ（５０ｍｍ）対角長までの、比較的小さいスクリーンサイズについてうまく働くが、一部の白物家電、たとえば、電子レンジに必要とされるような大きなスクリーンの場合、性能が低下する。さらに、手の影の効果は、この設計に関して問題を生じる可能性がある。
【００２６】
ＵＳ６，２８８，７０７［３０］において、Philippは、比率容量性技法を採用するコ
ンピュータポインティングデバイスの一部として機能することを意図された容量性位置センサを述べる。パターニングされた金属電極のアレイが、絶縁基材層上に配設され、電極幾何形状は、ユーザの指が電極アレイを横切って移動するときに、変動する容量性出力を生成するように選択される。
【００２７】
添付図面の図１は、ＵＳ６，２８８，７０７［３０］の図４を複製する。パターニングされた金属電極のアレイが、絶縁層上に配設され、電極幾何形状は、ユーザの指が電極アレイを横切って移動するときに、変動する容量性出力を生成するように選択される。この配置構成は、４つの散在する電極セット、各次元について２つの電極セットを備える。三角形であるx軸セットは、見て理解するのが容易である。三角形１の第１セットは、Ｘ１
として示される出力バスに全て電気的に一緒に接続される。第２セット２もまた、Ｘ２と表示される出力に一緒に接続される。ｘ軸に関するユーザの手の位置は、Ｘ１とＸ２からの信号の比から確定することができる。静電容量が、表面積に正比例するため、また、Ｘ１に接続されたプレートが、Ｘ２に接続されたプレートに比べて、左に進むにつれてより大きな表面積に達するため（また、その逆であるため）、十分大きな指面積が、パターン上で十分な信号強度を与えるのに十分近いレンジにある限り、Ｘ１／Ｘ２またはＸ２／Ｘ１の比をとる能力が保存される。対応するプレートのセットは、Ｙ１およびＹ２バスに接続される。Ｙ接続セットはまた、Ｘセットと異なる方法であるが、比率的である。Ｙセットは、それぞれ、交互になった、Ｙ１接続長方形ストライプ３とＹ２接続長方形ストライプ４からなり、ストライプ３および４は、ロケーションＹに関して、滑らかに変動する、Ｙ１とＹ２との面積比を作るような方法で、配置と共に変わるｙ軸寸法を有する。ｙ軸ストライプ３および４の隣接する各対の和は、一定にされ、その結果、静電容量の和は、任意の２つの対のストライプについて同じである、すなわち、ストライプの各対について、Ｃ（Ｙ１）＋Ｃ（Ｙ２）＝Ｃ（Ｙ）である。そのため、ユーザの指が、ｙ軸に沿って移動するときに、Ｃ（Ｘ１）／Ｃ（Ｘ２）比と同じ方法で、検出される静電容量比が測定される。すなわち、最大値が、計算機になる。
【００２８】
しかし、この設計は、ｘ方向の２ＤＣＴ寸法について制限された能力を提供する。
数値方法
ＵＳ４，６５０，９２６［３１］のNakamuraは、未処理２Ｄ座標データを補正するルックアップテーブルシステムを使用した、タブレットなどのエレクトログラフィシステムの数値補正のためのシステムを述べる。
【００２９】
ＵＳ５，１０１，０８１［３２］のDrumは、遠隔手段による、タブレットなどのエレクトログラフィシステムの数値補正のためのシステムを述べる。
ＵＳ５，１５７，２２７［３３］のMcDermottは、記憶された定数を採用して、２Ｄｘ
Ｔを補正する数値方法を教示しており、記憶された定数は、動作中に使用されて、報告されたタッチのロケーションをゾーンまたは象限によって補正するための１つまたは複数の多項式が制御される。
【００３０】
ＵＳ５，９４０，０６５［３］およびＵＳ６，５０６，９８３［４］のBabb他は、小さなプロセス変動さえも補正するために、ゾーンまたは象限によってセグメント化することなく、学習プロセス中に求められた係数を使用して、また、個々のユニットベースで、２ＤｘＴ一様シートエレメントを線形化する数値方法を教示する。Babbによって開示される方法は、複雑で、「８０個の係数」と４次多項式を必要とし、その係数は、厳密で、かつ、時間がかかる較正手順を通して求められなければならない。本発明者によって統括された試験では、通常の使用において許容可能である正確なレベルを生成するのに、６次多項式が必要とされること、および、熱ドリフトなどのために、結果が、較正後の後続の最小の変動をやはり非常に受けやすいことがわかった。特に、接続サイズおよび品質に関して
高い利得係数を有する特異点の役目を果たすため、角接続が、長期の座標変動に対する大きな要因であることがわかった。さらに、数値補正方法は、たとえ適度の分解能出力を生成するのにも、高分解能デジタル変換を必要とする。たとえば、品質９ビットの座標結果を提供するために、１４ビットＡＤＣが必要とされることがわかった。増幅器システムおよびＡＤＣについて必要とされる余分の費用および電力は、多くの適用形態において、相当な額になる可能性がある。
【特許文献１】ＤＥ２０３，７１９
【特許文献２】ＵＳ４，１９８，５３９
【特許文献３】ＵＳ５，９４０，０６５
【特許文献４】ＵＳ６，５０６，９８３
【特許文献５】ＵＳ２，３３８，９４９
【特許文献６】ＵＳ４，８２７，０８４
【特許文献７】ＵＳ２，９２５，４６７
【特許文献８】ＵＳ４，２９３，７３４
【特許文献９】ＵＳ４，３７１，７４６
【特許文献１０】ＵＳ４，８２２，９５７
【特許文献１１】ＵＳ４，６７８，８６９
【特許文献１２】ＵＳ３，６９９，４３９
【特許文献１３】ＵＳ４，６８０，４３０
【特許文献１４】ＵＳ５，４３８，１６８
【特許文献１５】ＵＳ４，６４９，２３２
【特許文献１６】ＵＳ４，６８６，３３２
【特許文献１７】ＵＳ５，１４９，９１９
【特許文献１８】ＵＳ５，４６３，３８８
【特許文献１９】ＵＳ５，３８１，１６０
【特許文献２０】ＵＳ５，８４４，５０６
【特許文献２１】ＵＳ６，１３７，４２７
【特許文献２２】ＵＳ４，７３３，２２２
【特許文献２３】ＵＳ３，９２１，１６６
【特許文献２４】ＵＳ６，４５２，５１４
【特許文献２５】ＵＳ５，１８１，０３０
【特許文献２６】ＵＳ５，３０５，０１７
【特許文献２７】ＵＳ５，９１４，４６５
【特許文献２８】ＷＯ０４／０４０２４０
【特許文献２９】ＷＯ２００５／０２００５６
【特許文献３０】ＵＳ６，２８８，７０７
【特許文献３１】ＵＳ４，６５０，９２６
【特許文献３２】ＵＳ５，１０１，０８１
【特許文献３３】ＵＳ５，１５７，２２７
【特許文献３４】ＵＳ５，７３０，１６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
この分野で従来の研究が広範に行われたにも関わらず、比較的少数の外部接続を有し、低コストで、単一層で、大面積で、透明で、低歪の２ＤＣＴについての必要性がやはり存在する。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明は、ｘ位置を決定する電極およびｙ位置を決定する電極を含む電極パターンによって画定される感応エリアを有する基材を備える２次元位置センサを提供し、ｘ電極およ
びｙ電極は、全体がｘ方向に延び、かつ、ｙ方向にインタリーブし、ｘ電極は、第１、第２、および第３グループのエレメントであって、第１および第２グループのエレメントのうちの隣接するエレメントが、感応エリアのある部分にわたってｘ方向に同一の広がりを持ち、第２および第３グループのエレメントのうちの隣接するエレメントが、感応エリアの別の部分にわたってｘ方向に同一の広がりを持つように形成される、第１、第２、および第３グループのエレメントを備え、その結果、ｘ電極が、ｘ方向において感応エリアにまたがる各比率容量性信号を提供する。
【００３３】
ｘ電極は、第４グループのエレメントをさらに備えてもよく、第３および第４グループのエレメントのうちの隣接するエレメントが、感応エリアのさらなる部分にわたって同一の広がりを持ち、その結果、ｘ電極が、ｘ方向において感応エリアにまたがる各比率容量性信号を提供する。
【００３４】
本原理は、第５および第６グループのｘ電極を付加するために拡張することができる。地形的に、原理を、際限なく拡張することができる。しかし、実際には、外部接触するための、感応エリアの周囲縁領域に対する電極フィードスルーの厚さは、益々薄くなるため、ある時点で、雑音考慮事項および他の関連因子によって規定されるｘ電極のさらなるグループを付加することは実用的でなくなることになる。
【００３５】
本発明の実施形態では、複数の外部電線が、感応エリアの周縁において電極に接続し、複数の外部電線は、ｘ電極のグループのそれぞれのエレメントに接続される各電線と、ｙ電極に接続される複数の電線とを含む。
【００３６】
実施形態の一グループでは、中央スパイン（ｓｐｉｎｅ）が、設けられ、中央スパインの両側から延びるｘ電極の第３グループのエレメントを相互接続するために、感応エリアの周縁からy方向に延び、それにより、ｘ電極の第３グループのエレメントが、感応エリ
アの周縁から外部に接触することが可能になる。
【００３７】
好ましくは、スパインは、感応エリアを横切って上部から底部まで連続して延び、この場合、感応エリアの上部か、底部のいずれかに位置する単一接点で十分であるであろう。あるいは、スパインは、分割されてもよく、その場合、２つの外部接点が感応エリアの周縁に、１つの接点は感応エリアの上部に、１つの接点は感応エリアの底部に必要とされるであろう。
【００３８】
スパインが設けられるとき、同じ高さ、すなわち、同じｙ位置のスパインの両側の対応するｙ電極が、追加の外部接続線を使用することを省くために、共通に接続されることができる。たとえば、単一外部接続線は、感応エリアの周縁の周りに延びる導電性トラックによって、スパインの両側でｙ電極に接続されることができる。
【００３９】
スパインの実施形態では、感応エリアの周縁において、電極に接続する複数の外部電線が使用されてもよく、複数の外部電線は、感応エリアを左側と右側に概念的に分割する中央スパインに接続し、それにより、ｘ電極の第３グループに接触する電線と、中央スパインの左側のｘ電極の第１グループのエレメントに接続される電線と、中央スパインの右側のｘ電極の第１グループのエレメントに接続される電線と、中央スパインの左側のｘ電極の第２グループのエレメントに接続される電線と、中央スパインの右側のｘ電極の第２グループのエレメントに接続される電線と、ｙ電極に接続される複数の電線とを含む。
【００４０】
ｘ電極は、同一の広がりを提供するために、種々の地形的形態で構築されてもよい。
たとえば、同一の広がりを持つｘ電極の各グループのエレメントは、比率容量性信号を提供するために、同一の広がりのエレメントの距離にわたって相補的なテーパを有するこ
とができる。あるいは、同一の広がりを持つｘ電極の各グループのエレメントは、比率容量性信号を提供するために、同一の広がりのエレメントの距離にわたって面積が変わる隣接ブロックを有する。
【００４１】
例によれば、中央スパインならびにｘ電極の第１、第２、および第３グループを有する実施形態を参照すると、第１および第３エレメントは、それぞれ、周縁へまたは周縁から、および、スパインへまたはスパインからテーパがつけられてもよく、第２エレメントは、第１および第３エレメントのテーパを相補するための２重テーパを持つ。あるいは、同じ実施形態の異なる実施態様では、テーパの代わりに、第１および第３エレメントは、それぞれ、周縁へまたは周縁から、および、スパインへまたはスパインから、面積が減少する相互接続されたブロックの形態をとってもよく、第２エレメントは、第１および第３エレメントのブロックを補うための、面積が変動するブロックを有する。
【００４２】
ｙ電極は、各外部電線に、個々に、かつ／または、グループで接続され、それにより、ｙ方向の位置情報が提供される。これは、ｙ位置情報が、信号がその上に現れる線から単純に引き出される、簡単でかつ確実な手法である。さらに、有意の信号が、２つ以上の電線上に現れる場合、補間、または、ある他の近似法を使用することができる。通常、各ｙ電極について１つの外部線を可能にするほどに十分な外部線は存在しないであろう。その結果、たとえば、外部線につながる導電性金属トラックを使用して、隣接ｙ電極を一緒にまとめることが必要となるであろう。たとえば、ｙ電極は、２つ、３つ、または４つにグループ化されてもよい。
【００４３】
ｙ電極は、抵抗性エレメントによって相互接続され、その結果、比率容量性信号は、ｙ電極のサブセットに接続される外部電線を通して出力され、それにより、ｙ方向の位置情報が提供される。この実施態様では、ｙ電極は、ＷＯ２００４／０４０２４０［２８］に開示される、いわゆるスライダを形成するように接続される。特に、抵抗性ストリップは、ｙ電極の上に載る場合、導電性電極と並列であるために、短絡してなくなり、隣接するｙ電極間に延びる場合、ＷＯ２００４／０４０２４０［２８］の図６ａに示すように、抵抗性相互接続を提供する。そのため、比率信号は、スライダの両端において、最小の２つの外部線、すなわち、上部ｙ電極に接続された一方の外部線と底部ｙ電極に接続された他方の外部線によってピックオフされることができる。中間ピックオフを付加することによって、すなわち、中間ｙ電極に１つまたは複数の付加的な外部線を付加することによって、より高い精度を得ることができる。この手法は、一般に、利用可能な外部線の数が、有限であり、かつ、制限されている、典型的な数は１１であるため、かなり柔軟性がある。スライダ手法の場合、必要な数の外部線が、ｘ電極に接続するために割り当てられると、残りの利用可能な外部線は、全て、ｙ電極接続のために使用することができる。
【００４４】
ｙ電極は、少なくとも２つのｙ電極の垂直に隣接するグループで配列されてもよく、各グループのｙ電極は、異なる垂直範囲を有し、その結果、比率容量性信号は、各グループの異なるｙ電極に接続される外部電線を通して出力され、それにより、ｙ方向の位置情報が提供される。各グループのｙ電極は、好ましくは、直接に垂直に隣接する。すなわち、ｙ電極間に介在するｘ電極を持たない。しかし、ｘ電極が、指のサイズと比較して、ｙ方向に小さい範囲、または、他の意図されるアクチュエータを有する場合、ｙ電極のグループは、ｘ電極を挿入されてもよい。ｙ電極の垂直範囲の変動に基づく、この比率手法は、ＵＳ６，２８８，７０７［３０］、特に、その図４の実施形態に開示される。
【００４５】
電極は、インジウム酸化錫（ＩＴＯ）または任意の他の適した材料などの、透明材料で作られることができる。基材は、ガラスまたは透明プラスチック材料などの透明材料、たとえば、Ｐｅｒｓｐｅｘなどのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）あるいは、Ｚｅｏｎｏｒ（ＴＭ）またはＴｏｐａｓ（ＴＭ）などのシクロオレフィンポリマ（ＣＯＰ）で作
られることができる。しかし、一部の適用形態では、電極および／または基材が不透明である場合があってもよい。
【００４６】
ｘ方向およびｙ方向は、適切な座標系、最も一般的には、ｘ方向およびｙ方向が直交するデカルト座標系によって定義されるが、ｘ方向およびｙ方向が、非直交角度にあってもよいことが理解されるであろう。さらに、以下では、ｘ方向およびｙ方向は、便宜上、それぞれ、水平および垂直と呼ばれることがあるが、これは重力の方向に対するなどの、実空間に対する特定のアライメントを意味しない。
【００４７】
本発明をよりよく理解するため、また、本発明が実施されてもよい方法を示すために、ここで、例として、添付図面が参照される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
図２は、電極パターンが、デバイス用の感応エリアを画定する第１の実施形態の２ＤＣＴについての電極パターンの代表的部分を示す平面略図である。電極は、明示的に示されないが、用紙の平面に載る上部表面を有する基材上に配列される。基材は、好都合には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの可撓性透明プラスチックであってよい。基材は一般に絶縁性があるであろう。電極パターンは、数百Ω／□（オームパースクエア）の表面抵抗率を有するインジウム酸化錫（ＩＴＯ）で作られる。これは、透明材料であり、そのため、ディスプレイ用途、あるいは、下にあるボタンまたは他のテンプレートが、目に見える必要がある他の用途に適する。
【００４９】
より一般的には、電極パターンは、任意の適した導電性材料を堆積させるか、または、除去することによって作ることができる。堆積は、たとえば、気相堆積またはスクリーン印刷によることができる。除去は、たとえば、レーザエッチングまたは化学エッチングによることができる。
【００５０】
電極パターンは、ｙ位置を決定するｙ電極１０、１２およびｘ位置を決定するｘ電極１４、１６、１８、２０、２２、２４を画定する。図示するように、ｘ電極とｙ電極は共に、一般に、ｘ方向に延び、ｙ方向にインタリーブする。ｙ電極１０，１２は、単純なバー、すなわち、細長い長方形として形作られ、一方、ｘ電極１４〜２４は、テーパの付いた三角形を有する。
【００５１】
ｘ電極が、最初に、より詳細に述べられる。ｙ電極の説明がそれに続く。
ｘ電極は、３つのグループに分類されることができる。第１グループの三角形テーパ付き電極１４、２４は、感応エリアの左手側と右手側に配列される。２重テーパを有する第２グループの電極１６、２２は、感応エリアの、それぞれ、左手側と右手側から中心に向かって、電極が内側に延びるように配列される。第３グループの電極１８、２０は、中央スパイン２６から、それぞれ、左と右へ外側に延び、一体に形成される。第１および第２グループ１４、１６および２４、２２のエレメントのうちの隣接エレメントは、それぞれ、感応エリアの左側と右側に向かって、感応エリアの外側部分ＩおよびＩＶにわたってｘ方向に同一の広がりを持つ。第２および第３グループ１６、１８および２２、２０のエレメントのうちの隣接エレメントは、中央スパインの両側で、感応エリアの、それぞれ、内側部分ＩＩおよびＩＩＩにわたってｘ方向に同一の広がりを持つ。
【００５２】
こうして、第１と第２グループまたは第２と第３グループの同一の広がりを持つｘ電極の隣接する各対は、参考文献［２８］に記載される、いわゆる、スライダを形成する。特に、スライダは、参考文献［２８］の図１５に示される種類のものであり、こうしたスライダの動作を記述する、参考文献［２８］の関連する内容は、参照により本明細書に組み込まれる。電極エレメントは、作動デバイス、通常、人の指に関して、適切に形作られ、
かつ、適切な寸法に作られて、ｘ方向の相互伸張部の長さにまたがる、すなわち、ｘ方向にオーバラップする比率容量性信号が提供されることが理解されるであろう。
【００５３】
左側の２重テーパ付きｘ電極１６は、ｘ電極１６の最も左の縁に近い感応エリアの左周縁においてｙ方向に延びる導電線３０によって、外部線Ｘ１に共通に接続される。２重テーパ電極は、この外部接続を容易にするために、その最も左の端部に接合パッドエリア３３を有することが留意される。
【００５４】
左側テーパ付きｘ電極１４は、ｘ電極１４の最も左の縁に近い感応エリアの左周縁においてｙ方向に延びる導電線３２によって、外部線Ｘ２に共通に接続される。
中央スパイン２６から延びるテーパ付きｘ電極１８および２０は、もちろん、スパインによって共通に接続され、スパイン２６を通る感応エリアの周縁に対して電気接触部を有する。外部線Ｘ３は、スパイン２６のベースに接触した電線３４を通して中央スパインに接続する。
【００５５】
右側テーパ付きｘ電極２４は、対応する左側ｘ電極１４と同様に、ｘ電極２４の最も右の縁に近い感応エリアの右周縁においてｙ方向に延びる導電線３６によって、外部線Ｘ４に共通に接続される。
【００５６】
右側の２重テーパ付きｘ電極２２は、拡大された接合パッドエリア３９を使用して、対応する左側ｘ電極１６と同様に、ｘ電極２２の最も右の縁に近い感応エリアの右周縁においてｙ方向に延びる導電線３８によって、外部線Ｘ５に共通に接続される。
【００５７】
こうして、ｘ電極１４〜２４は、読み出しのために、５つの外部線Ｘ１〜Ｘ５に外部から接触する。
ｙ電極は、中央スパイン２６の左と右に対して２つのセット１０と１２に分割される。既に述べたように、ｙ電極は、単純なバー形状を有し、左では、ｘ電極１４、１６、１８の隣接する各セット間に、および、右では、ｘ電極２０、２２、２４の隣接する各セット間に配列される。ｙ電極１０および１２は、導電線によって垂直に隣接するセットで接続されるため、感応エリアのｙ分解能は、この実施形態では、相互接続されたｙ電極の垂直範囲に相当する垂直距離に制限される。ｙ電極をこうして一緒にまとめることは、ｙ分解能を低下させるが、ｙ電極について必要とされる外部線の数を少なく保つために行われる。示す例では、ｙ電極の４つの対からなる、ｙ電極の底部セットは、外部線Ｙ１の部分を形成する導電性トラック５０に共通に接続される。この図から明らかではないが、同じ高さのｙ電極の各対は、外部ランアラウンドトラックによって共通に接続される。次のセットアップは、ｙ電極の３つの対からなるが、第１の対のみを見ることができ、さらなる外部線Ｙ２用のトラック５２に接続される。全部で、y電極の７つのセットが、関連する導
電性トラックを通して、それぞれの外部線Ｙ１〜Ｙ７に接続される。この実施形態では、ｙ値は、これらの７つの外部線から取得され、単純な制御アルゴリズムについて７ユニットのｙ分解能のみを提供するが、隣接するｙ線間の補間によって、おそらく、さらなるｙ分解能を達成することができる。
【００５８】
要約すると、２ＤＣＴは、３と４の垂直に隣接するセットで共通に接続された水平に延びる電極バーによる段階式ｙ分解能と共に、感応エリアの幅の前後にまたがるｘ方向の４つのオーバラップ領域Ｉ〜ＩＶに配列されたスライダによって擬似連続ｘ分解能を提供する。
【００５９】
中央スパインと２重テーパ電極の組合せは、ｘ方向の広い範囲の感応エリアが、周縁を除いて、透明にされ、かつ、外部接続をなくされることができる大きな感応エリアを提供することを可能にする。さらに、電極パターンの設計は、指の物理的ロケーションからの
、容量性信号の重心のいずれの変位も、電極の横方向範囲によって制限されるため、手の影の効果は重要ではないことを意味する。たとえば、６インチ（１５０ｍｍ）対角感応エリアを有するデバイスを、この設計のために作ることができる。
【００６０】
図３は、第１の実施形態による２ＤＣＴプロトタイプの、１：１の比率、すなわち、実際サイズを有する、一定比率に従う平面図であり、電極パターン、および、ｙ電極に接続するための、電極パターンエリアの周縁における第１接続層を示す。参照を容易にするために、先の略図で覆われるエリアは、図の底部において点線の長方形で示される。
【００６１】
全体のＩＴＯ電極パターンが、基材４０の主要部分を覆うことが明らかである。この例のパターンは、タッチスクリーン、または、検知部分を形成する他のデバイスのエリアに一致するする長方形エリアを覆う。先に述べた、ｘ電極の４つのオーバラップ領域Ｉ〜ＩＶもまた、マークをつけてある。全体が長方形である、基材４０はまた、基材の左側の上中央にネックタブ４２を有する。ネックタブ４２は、後続の図を参照して述べるように、外部接触のために使用される。基材４０の左手側、ネックタブ４２に隣接する側では、ｙ電極用の外部線Ｙ１〜Ｙ７を形成する導電性トラックの７つのグループ５０〜６２が存在し、線Ｙ２〜Ｙ７は、それぞれ、トラック５２〜６２を介して３つのｙ電極に接続され、Ｙ１は、トラック５０を介して４つのｙ電極に接続し、デバイスのこの左半分、すなわち、中央スパイン２６の左に対する半分上で、全部で、２２のｙ電極が存在することが見てわかるであろう。右手側では、まさに対応する配置構成が存在し、２２の電極は、４つの電極が一緒にまとめられる底部を除いて、３つの電極でまとめられる。基材の右手側の外部線Ｙ１〜Ｙ７のトラック５０〜６２は、基材の上部を回って基材の左手側まで延び、その結果、ｙ電極の、左側と右側の対応する対、および、共通に接続された対のグループは、単一導電性トラックによって結合される。
【００６２】
図４は、図３の２ＤＣＴプロトタイプの平面図であり、電極パターン、および、ｘ電極に接続するための、また、図３に示すｙ電極接続にｙ電極外部フィード線を接続するための、電極パターンエリアの周縁における第２接続層を示す。図３と図４の第１層と第２層との中間には、第１接続層と第２接続層のある部分間での電気接触を防止する絶縁エリア、および、第１接続層と第２接続層の他のある部分間での電気接触を確保するオープンエリアを提供する絶縁層が挿入される。
【００６３】
ｙ電極接続が、最初に述べられる。７つの導電性トラック４４は、基材４０の主要エリアの左側部分上のネックタブ４２の上側部分に沿ってｘ方向に平行に延びる。導電性トラック４４は、その後、扇型に広がり、ｙ電極接続Ｙ１〜Ｙ７のそれぞれについて、図３の第１接続層内のトラック５０〜６２の部分の真上で、拡大接触パッド４６で終端し、その結果、ｙ電極グループのそれぞれへ／からの信号は、外部接触トラック４４を通してフィードイン／フィードアウトされることができる。第２接続層上のＹ１〜Ｙ７トラック４４のそれぞれと、第１接続層内のＹ１〜Ｙ７電線トラック５０〜６２のそれぞれとの間の電気接触を確保するために、各接触パッド４６において絶縁層内にオープンエリアが存在する。Ｙ１〜Ｙ７トラックのそれぞれを覆う絶縁層内の絶縁エリアも存在し、絶縁エリアは、基材の左手側と右手側の両方でｙ電極を接触させるＩＴＯパターンの上に載る。
【００６４】
ｘ電極接続が、ここで、述べられる。外部接続Ｘ１〜Ｘ５用の５つの電線３０〜３８は、図２を参照して既に述べられており、図５のプロトタイプの第２接続層に見ることができる。見てわかるように、第１接続層と第２接続層との間に分布したｙ電極と対照的に、ｘ電極接続は、第２接続層上に、全て設けられている。すなわち、トラック３０〜３８は、基材４０の底面を回って延び、その後、ネックタブ４２に送られる５つの平行トラックになり、ネックタブ４２で、５つの平行トラックは、７つの平行ｙ電極接続に合流する。ｘ電極に接続するために、ＩＴＯエリアの各側面に垂直上方に延びるｘ電極接続トラック
およびパッドは、絶縁層によって、ｙ電極接続トラックから絶縁されることが留意される。
【００６５】
図５は、第１の実施形態のタッチスクリーンと共に使用するための、マルチチャネルセンサ回路１４０のシステムレベル略図である。この図では、センサ回路１４０は、ｘ電極からの５つの容量性電極入力Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、およびＸ５、ならびに、７つのｙ電極入力を表す単一容量性電極入力Ｙｎを有するものとして示される。実際に、全部で、必要とされる１２の線を提供するために、各ｙ電極入力について１つの、７つのこうした線が存在することになる。充電制御線１５７を使用して、基準電圧レール１５８に接続された充電スイッチ１５６を使用して、全ての容量性入力Ｘ１〜Ｘ５およびＹ１〜Ｙ７が同時に充電される。
【００６６】
変形において、充電制御線１５７は、省略され、充電スイッチ１５６は、種々の電極を電源に絶えず接続するプルアップ抵抗と置き換えられる。プルアップ抵抗は、電荷検出器のアレイ内に層を放電させるのに使用される放電間隔より大きいＲＣ時定数を提供するように選択された抵抗を有する。この抵抗は、たとえば、１５０００〜２５０００Ωであることができる。
【００６７】
全ての充電電極を放電させるように、放電スイッチ１６２を作動させる単一放電制御線１６３の使用によって、図に示すように、電荷検出器に電荷を転送すると、チャネルＸ１〜Ｘ５およびＹ１〜Ｙ７は、同時に作動する。転送または転送のバーストが起こった後、アナログマルチプレクサ１８２は、電荷検出器コンデンサ出力のうちのどれが、マイクロプロセッサ１６８の制御下で増幅器１８４およびＡＤＣ１８６に送られ、それから、外部制御およびデータ採取回路要素、通常、ＰＣに送られるかを選択する。さらに、リセット制御線１９０によって制御されるリセットスイッチ１８８のアレイは、各パルスまたはパルスのバースト後に作動されて、容量性入力を既知の基準値に（たとえば、グラウンドに）リセットする。各チャネルセンサの回路エレメントの多くが、明確にするために、図から省略されたことが、当業者には明らかになるであろう。ｘチャネルＸ１〜Ｘ５に関して、参考文献［２８］および［３０］などのHarald  Philippによる従来技術の特許公報に
記載される「スライダ」手法を使用して、信号から得られる必要がある比率情報を考慮するために、ｘチャネルＸ１〜Ｘ５が、駆動され、信号が処理される必要があるであろう。センサ回路要素およびセンサ回路要素をバーストなどで駆動する方法のさらなる詳細は、参考文献［２８］、［３０］および［３４］などのHarald  Philippによる従来技術の特
許公報において利用可能である。
【００６８】
第１の実施形態を要約すると、この設計は、中央スパインがセンサエリアを左半分と右半分に分割する、中心対称電極パターンであることが、ここで、理解されるであろう。中央スパインは、クリスマスツリーの「幹」を形成し、ツリーの「枝」は、幹の両側から外に延びる単一テーパ電極であり、単一テーパ電極は、センサエリアの側面に外部から接続された２重テーパ電極の２つのセットの第２テーパと同一の広がりを持ち、２重テーパ電極の２つのセットの第１テーパは、センサエリアの側面に同様に外部から接続された、さらなる２つの単一テーパ電極のセットと同一の広がりを持つ。全て、水平方向で検知するためのものである、これらの電極は、センサエリアの側面に外部から接続され、かつ、垂直位置検知電極を形成するバーと垂直方向にインタリーブされる。検知エリアは、１２の外部接続、すなわち、テーパ電極のセットのそれぞれに接続された、水平検知用の５つの接続と、２２の垂直電極行用の７つの接続によって動作し、垂直分解能が低下するという犠牲を払って、外部接続の総数を減らす、この低減は、３または４の垂直電極行の垂直に隣接するグループを共通に接続することによって達成される。さらに、構造が、４層（接続について２層）と、２つの接続層間の接続を制御する絶縁層と、省かれてもよく、また、接続層の一方の上に直接形成されてもよい、電極パターン層とを有する方法が述べられ
た。
【００６９】
本発明の第２の実施形態が、ここで、述べられる。ほとんどの点において、第２の実施形態は、第１の実施形態と同じである。同じＩＴＯ電極パターンが使用される。さらに、ｘ電極用の外部接続は、まさに同じであり、その結果、電極パターン層および第１導電層は、まさに同じである。第２の実施形態と第１の実施形態との差は、ｙ検知にある。第１の実施形態では、電極バーは、離散的なｙ位置情報を提供し、分解能は、ｙ電極バーの垂直分離、または、外部接続線の数を減らすために、複数の隣接するｙ電極バーが共通に接続される場合、共通に接続されるｙ電極バーの各グループの垂直分離によって規定される。第２の実施形態では、同じｙ電極配置構成が使用される、すなわち、水平バーは、ｘ電極の間でインタリーブされるが、ｙ電極バーは、いわゆる、「スライダ」配置構成［２８］で、互いに抵抗接続されて、垂直方向の擬似連続位置情報が、適当な外部測定回路要素に対する接続によって得られることが可能になる。
【００７０】
図６は、本発明の第２の実施形態の２ＤＣＴについての、電極パターンおよびｙ接続の部分を示す平面略図である。ほぼ一定比率に従う人の指も示される。ｘ電極およびその外部接続トラックは、明確にするために省略される。図は、検知エリアの左半分の中央部を示しており、中央部は、第１の実施形態と同様に、多数の垂直にオフセットしたｙ電極バー１０を有し、１３のｙ電極バーが示される。各バーは、導電性線、すなわち、金属線７０によって、垂直に隣接する１つまたは複数のバーに接続され、離散的な抵抗器７２が、線に直列に接続される。ｙ電極バー１０は、Ｙ検知用の外部接続線につながる導電性トラックを介して外部から接続される。図では、４つのこうした外部接続線５４’〜６０’が、２つのおき、または、３つのおきのy電極に接続されるのが示される。
【００７１】
電気的に、抵抗器７２およびそのインターコネクト７０は、隣接するｙ電極バー１０間の抵抗経路を提供し、この抵抗経路は、導電性外部接続線５４’と５６’、および、５６’と５８’、などの垂直に隣接する対間に延びる。（隣接する線の任意の１つの対、たとえば、５４’と５６’の場合、これは、参考文献［２８］の図６ａの実施形態のスライダと電気的に同じである。）たとえば、参考文献［２８］に記載される測定回路要素、または、この目的のために、当技術分野で知られている他の測定回路要素を使用して、参考文献［２８］に記載されるように、比率解析を使用して、ｙ位置が検出される。
【００７２】
一般に、スライダの端部接続を形成する、第２の実施形態の最低限の２つのこうした外部接続が存在しなければならない。これらの端部接続は、好ましくは、一番上と一番底のｙ電極、または、少なくとも上部と底部に近いｙ電極に接続されるべきである。ｙ方向に沿って複数のスライダを効果的に形成することによって、ｙ位置検知精度を改善するために、これらの２つの端部接続間に１つまたは複数のさらなる外部接続を設けることも有利である。通常、外部接続の数を一定数に制限するという、コストによって課される希望が存在することになり、その場合、ｘ電極について十分な線を割り当てた後に、予備の外部線が存在するほどの多さのｙ電極外部線を設けることができる。
【００７３】
図７は、第２の実施形態の変形についての、電極パターンとｙ接続の部分を示す図６と類似の平面略図である。ｙ電極バー１０および外部接続線５２’〜６０’は、図６を参照して述べたものと同じ機能を果たす。この変形では、垂直に隣接するｙ電極に接続するために、離散的な抵抗器を使用する代わりに、ｙ電極バーのそれぞれの上を垂直に延びる、（ｙ方向に）ユニット長当たり一様な抵抗の抵抗ストリップ７４が設けられる。電極バーは、本質的に、金属性、すなわち、導電性であるため、ｙ電極上に載る抵抗ストリップの部分は、電気的に非アクティブである。それは、垂直方向に観察すると、抵抗ストリップが、実際上、ｙ電極と並列に接続され、そのため、短絡してなくなるからである。こうして、各ｙ電極バーの中間の抵抗ストリップの部分は、図６の離散的な抵抗器と同じ方法で
各ｙ電極の間の抵抗経路を形成する。抵抗ストリップ７４は、高抵抗フィルム、たとえば、炭素ベースの厚いフィルムで作られる。
【００７４】
図８は、第２の実施形態による、２ＤＣＴプロトタイプの平面図であり、電極パターン、および、ｙ電極に接続するための、電極パターンエリアの周縁の第１接続層を示す。図８は、第１の実施形態用の図３と比較される。本質的に、ネックタブ４２を有する基材４０は、同じ構造を保持し、唯一の差は、２つおき、または、３つおきのｙ電極だけが、外部接続線５０’〜６０’によって接続され、第１の実施形態の共通接続は省略される。例外は、電気トラック５０’に共通に接続される底部の２つのｙ電極である。さらに、ｙ電極は、７つではなく、全部で６つの外部線Ｙ１〜Ｙ６によって供給されることが留意される。
【００７５】
図９は、第２の実施形態による２ＤＣＴプロトタイプの平面図であり、ｙ電極間に抵抗エレメントを接続するための抵抗層を示す。この層は、第２の実施形態に特有であり、ｙ電極バーの外側端の端部にわたって検知エリアの各側面を垂直上方に延びる抵抗経路７４を提供する。垂直に延びる各抵抗経路７４は、適した抵抗率の材料の単一トラックによって形成される。この層はまた、抵抗性の高い材料７５（灰色シェーディング）によって部分的に覆われ、材料７５は、基材の周辺領域、および、同様に、基材の主要部分に隣接するネックタブの一部を覆うことが留意される。抵抗材料は、抵抗経路７５が、ｙ電極バーのそれぞれの外側端部に直接接続するように、関連する抵抗材料経路７５にわたって左右に入れ違いになる城郭風の、または、銃眼模様の構成７４で終端するが、ｘ電極の端部を交差するところで被覆され、それにより、ｘ電極との好ましくない電気相互接続が防止される。代替法は、ｘ電極端部を交差することを回避するために、蛇行経路７４を有すること、たとえば、城郭風の、または、銃眼模様の経路をたどることである。
【００７６】
図１０は、図８の２ＤＣＴプロトタイプの平面図であり、電極パターン、および、ｘ電極に接続するための、また、図８に示すｙ電極接続にｙ電極外部フィード線を接続するための、電極パターンエリアの周縁における第２接続層を示す。これは、１つ少ないＹ線が存在することを除いて、第１の実施形態の図４とほとんど同じである。すなわち、ｘ電極外部接続Ｘ１〜Ｘ５および関連するトラック３０〜３８は、同じであり、（この第２の実施形態では、１つ少ないことを除いて）第１接続層の一致するトラックに接続するための、ネックタブ４２から延びるＹ外部接続Ｙ１〜Ｙ６についての外部接続線４４も同じである。さらに、絶縁層は、第１の実施形態と類似の、適したオープンエリアと絶縁エリアを装備する。
【００７７】
ドライブおよびデータ採取回路要素は、この場合、ｙ電極信号ならびにｘ電極信号の「スライダ」タイプ操作が必要になることを除いて、第１の実施形態に関して述べたものと類似することになる。既に述べたように、適した回路要素は、参考文献［２８］ならびに参考文献［３０］および［３４］などの、Harald  Philippの名のもとに従来特許公報に
記載される。
【００７８】
図１１は、第３の実施形態についての、電極パターンの部分を示す平面略図である。第１および第２の実施形態と違って、第３の実施形態は、中央スパインを持たない。中央部の代わりに、デバイスの左側と右側に外部から接触する２重テーパ電極のグループの同一の広がりの領域によって、検知エリアが画定される。図を参照すると、ｙ電極１０は、それぞれが、中央スパインが無い状態で、検知エリアの一方の側から他方の側へ横切って延びる単一バーである。ｙ電極１０は、左側または右側から排他的か、いずれかの側から部分的か、または、両側から２重に接触されてもよい。ｘ電極は、ｙ電極の垂直に隣接する各対の間に配列され、ｘ電極の４つのグループ８０、８２、８４、および８６で構成される。ｘ電極のグループ８０および８６は、検知エリアの左側と右側からそれぞれ延びる単
一テーパ電極である。ｘ電極のグループ８２および８４は、検知エリアの左側と右側から、同様に、それぞれ延びる２重テーパ電極である。ｘ分解能についての、検知エリアの感応部は、異なるｘ電極グループの相互伸張部の３つの部分で形成される。３つの部分とは、すなわち、ｘ電極グループ８０および８２のｘ方向の同一の広さによって画定される感応エリアの左側の第１部分Ｉと、２重テーパｘ電極グループ８２および８４のｘ方向の同一の広さによって画定される感応エリアの中央領域の第２部分ＩＩと、ｘ電極グループ８４および８６のｘ方向の同一の広さによって画定される感応エリアの右側の第３部分ＩＩＩである。こうして、第１と第２、または、第２と第３、または、第３と第４のグループの同一の広がりを持つｘ電極の隣接する各対は、参考文献［２８］に記載される、いわゆる、スライダを形成する。外部接続は、第１と第２の実施形態と同じであり、こういう理由で、ここでは、２度は示されない。しかし、ｘ電極に必要とされる４つの外部接続線Ｘ１〜Ｘ４が存在することが留意される。ｙ電極の場合、同じ検討事項が、第１と第２の実施形態に関して当てはまる。この点に関し、第３の実施形態の場合、ｙ電極アドレス指定は、第１か、第２のいずれかの実施形態に従ってもよいことが留意される。
【００７９】
図１２は、第３の実施形態による２ＤＣＴプロトタイプの平面図であり、電極パターンを示す。これは、図１２のパターン構造を採用し、１５行のｘ電極のセットが、１６行のｙ電極のセットとインタリーブする。基材４０は、底面に配列されたネックスタブ４２を有し、ネックスタブ４２は、この実施形態の場合、より好都合な配置であることも留意される。底部の４つのｙ電極バーは、（第１の実施形態の手法に従って）共通に接続され、他のｙ電極バーは、３つの電極のグループで共通に接続されて、５つの線Ｙ１〜Ｙ５を有する外部測定回路に接続される５つの離散的な行に制限されるｙ分解能が提供される。ｙ分解能の改善は、第２の実施形態の手法に従うようにプロトタイプを変更することによって達成されるであろう。４つのｘ電極のグループはそれぞれ、それ自体の外部線Ｘ１〜Ｘ４を有する。そのため、全部で、９つの外部接続線が存在する。簡潔にするために、プロトタイプの他の層は、この実施形態では示されないが、一般に同じ手法が、第１と第２の実施形態に関して採用されることが理解されるであろう。
【００８０】
図１３は、第４の実施形態についての、電極パターンの部分を示す平面略図である。ｘ電極８２、８４、８６、８８は、ｘ電極オーバラップＩ、ＩＩ、およびＩＩＩの３つのｘ位置感応列を提供するように、第３の実施形態と同じ方法で配列される。（代替法では、ｘ電極は、第１と第２の実施形態と同様に配列されることができる。）しかし、第４の実施形態では、ｙ電極は、先に実施形態と異なる配置構成を有する。すなわち、第４の実施形態では、ｙ電極は、添付図面の図１に示す従来技術の比率対形成手法、すなわち、参考文献［３０］の図４に示すｙ電極構造に従う。
【００８１】
この配置構成では、電極パターンの各ユニットについて、ｘ電極の隣接する各行８２、８４、８６、８８の間で、異なる面積の独立にアドレス指定される隣接するｙ電極が存在し、その結果、ユーザの指または他のアクチュエータが、これらのｙ電極に近接すると、２つの独立にアドレス指定される隣接するｙ電極は、相対面積でスケーリングされる大きさを有するそれぞれの信号を提供する。これらの信号間の比は、各行において、独立にアドレス指定されるｙ電極バーの隣接する対の相対面積を変えることによって、各ｙ電極ユニット内のｙ位置に固有にされる。示す例では、各ユニットは、上部から底部までの、１：０、１：２、１：１、２：１、０：１の面積比を有する５つのｙ電極行を有し、第１の値は、共通に接続されたｙ電極９２、９４、９６、９８の第１セット９０から得られる信号であり、第２の値は、共通に接続されたｙ電極１０２、１０４、１０６、１０８の第２セット１００から得られる信号である。ゼロ値は、この例では、各ユニットの上部と底部のｙ電極行についてそうであるように、その行について、ｙ電極が、他のセットからのｙ電極だけから形成されことを示す。第１セット９０は、線Ｙ１に外部から接続され、第２セット１００は線Ｙ２に外部から接続される。さらなる各電極パターンユニットは、さら
なる２つの外部Ｙ接続を必要とするであろう。たとえば、１５行のｙ電極と１４行のｘ電極を有する、図１３に示す電極パターンを使用するセンサでは、６つのＹ接続Ｙ１〜Ｙ６および４つのＸ接続Ｘ１〜Ｘ４、すなわち、全部で１０を必要とする３つのユニットが存在するであろう。
【００８２】
原理上、任意の数のｙ電極行は、共通にアドレス指定されるｙ電極の２つのセットを有するユニットにグループ分けされることができる。しかし、実際には、数は、精度制約によって制限されるであろう。ユニット当たりのｙ電極行の数は、少なくとも、３であるが、４、５（図と同様）、６、７、８、９、１０、またはそれ以上であってよい。
【００８３】
示す例では、ｙ電極の対が使用されるが、原理上、３以上のｙ電極が使用されることができ、位置をエンコードするために、相対面積が使用されることができ、その場合、所与の雑音レベルについて、より大きなユニット、すなわち、単一対の外部ｙ位置接続によって、より多くの数の行をアドレス指定することができるユニットを作ることが可能であることになることが理解されるであろう。
【００８４】
さらに、処理回路要素が、図示する例と同様に、各ユニットにおいて、ｙ位置に関して滑らかに変化する表面積比を生成することが好都合であるが、原理上、この変化は、適当な処理回路要素を用いて、ｙに関して任意であることができる。
【００８５】
Ｙセットは、ロケーションＹに関して、Ｙ１とＹ２との間で滑らかに変化する表面積比を生成するような配置によって変化するｙ軸寸法を有する、交互に配置されたＹ１接続長方形ストライプとＹ２接続長方形ストライプ、それぞれ、３と４からなる。ｙ軸ストライプ３と４の各隣接対の和は、任意の２つの対のストライプについて、静電容量の和が同じになる、すなわち、各ストライプの対について、Ｃ（Ｙ１）＋Ｃ（Ｙ２）＝Ｃ（Ｙ）であるように一定にされる。こうして、ユーザの指が、ｙ軸に沿って移動するにつれて、より大きな静電容量値が、計算機になる。
【００８６】
図１４は、第５の実施形態についての電極パターンの一部を示す平面略図である。パターンは、ここで、先の実施形態のパターンと異なっており、異なる点は、２重テーパｘ電極１６’が、「ストークビル(stork bill)」から「蝶ネクタイ」へ反転し、テーパが、中央から離れるのではなく、２重テーパの中央に向かっていることである。この２重テーパ形状は、スパイン２６’を有する実施形態を参照して示されるが、スパイン無し設計で使用されることもできる。単一テーパｘ電極１４’、１８'は、相応して反転して、蝶ネク
タイ２重テーパ電極１６’との、必要とする同一の広がりを形成する。
【００８７】
図１５は、第６の実施形態について、電極パターンの部分を示す平面略図である。この実施形態は、図２に示す第１の実施形態と比較することによって理解することができる。第１の実施形態と同様に、検知エリアは、中央スパイン２６’’によって、左半分と右半分に分割される。ｙ検知は、左側ｘ電極１４’’、１６’’、１８’’の行および右側ｘ電極２０’’、２２’’、２４’’の行と、それぞれインタリーブした、左側ｙ電極バー１０’’および右側ｙ電極バー１２’’によって実施される。同じ参照数字は、第６の実施形態について２重プライム記号が付加された,対応する電極の参照数字について使用さ
れることが留意される。
【００８８】
ｘ電極およびｙ電極の全体の配置構成は、第１の実施形態の場合と同じであり、ｙ電極
の形状も同じであるが、ｘ電極の形状が異なる。同一の広がりの領域を形成するために、滑らかな三角形のテーパを付ける代わりに、ｘ電極は、銃眼模様の形状を有し、ｘ電極グループ１４’’と１６’’、１６’’と１８’’、２０’’と２２’’、および、２２’’と２４’’の間の同一の広がりは、ｙ方向の櫛歯様かみ合いによって形成され、それに
より、同一の広がりを持つ電極対からの隣接するブロックは、ｘ位置に固有の面積比を規定した。作動エリア、たとえば、指の接触エリアが、図に概略的に示すように、検知エリアの左半分上で点線の卵形を有する、適切なサイズであると仮定すると、ｘ電極の同一の広がりを持つ対から生じる所望のｘ依存の比率信号変化は、櫛歯様かみ合い形状によって、ｙ方向に提供される面積比によってやはり達成される。櫛歯様かみ合い配置構成は、ボタンのアレイに主に使用されるセンサエリアにとって好ましい場合がある。それは、櫛歯様かみ合い配置構成が、図で「ｗ」として示される、各櫛歯様かみ合いユニットの幅に相当するｘ位置情報の段階的変化を提供するためである。こうして、ｘ位置情報とｙ位置情報は共に、ボタンアレイについて好ましい実施態様である、段階的感度を与えられることができる。示す例では、ｘ位置比率信号に１４段階、スパイン２６’’の両側に７段階が存在することになることが見てわかる。
【００８９】
感応エリアを概念的に長方形グリッドに細分する、水平と垂直の両方向に段階的感度を有するこの種の実施形態は、ｘ電極とｙ電極の両方の「スライダ」タイプ構成によって提供される、水平と垂直の両方における擬似連続感度が存在する、第２または第４の実施形態と対照をなす。
【００９０】
図１６は、本発明の上述した実施形態のうちの任意の実施形態による、２ＤＣＴを組み込むガラスタッチパネルデバイスの平面略図である。基材４０上に搭載される(carry)先
に述べた２ＤＣＴセンサエリアは、たとえば、５ｍｍ厚のガラスパネル１１６の下面に取り付けられ、ボタンパターンシート１１０が、ガラスパネル１１６の下面と基材４０との間に挟まれる。ボタンパターンシート１１０は、静的な印刷シートであるが、他の場合には、複数のボタンパターン間で動的に変更するディスプレイデバイス、および／または、２ＤＣＴが組み込まれるデバイスの制御にとって重要である、電力または時間などの、あるスカラー量を制御するための、細長いバーの投影図などの連続体機構を有するディスプレイと置き換えられることができる。一般に、パネル１１６は、ガラスである必要はないが、任意の適した誘電体材料であることができる。通常、パネル１１６は、静的または動的ディスプレイを用いて集積化することを可能にするために透明であることになる。パネルは、通常、電子レンジの扉、調理機の上部パネル、または、保守要員によって現場で使用するための携帯ワークフロートラッキングデバイスのハウジングなどの、大きなデバイスの一部を形成するであろう。
【００９１】
例として、ボタンパターンシート１１０は、５×６グリッドに適合するアレイであって、底部右角に２倍サイズボタンを有し、それによって、全部で、３０−１＝２９のボタンを提供する、アレイを示すものとして示される。センサエリアからの外部接続線は、ネックタブ４２を通してプリント回路基板（ＰＣＢ）１１２によって搭載される測定回路に供給される。測定回路ＰＣＢは、ネックタブ４２の端部に取り付けられ、ガラスパネル１１６の下面にも固定される。電気配線１１４は、測定回路を、さらなるデジタル電子機器および電源に接続する。
【００９２】
本発明を使用する２ＤＣＴは、種々の付加的な機構を組み込んでもよいことが理解されるであろう。たとえば、ある用途では、「ウェークアップ」機能を有し、それにより、デバイス全体が、「スリープする」、あるいは、ある休止状態またはバックグラウンド状態になることが望ましい。こうした場合、ある距離離れたところに人の体の部分が単に接近することによって、ウェーク信号を得ることが望ましいことが多い。エレメントは、ユニットがバックグラウンド状態にある間に、位置ロケーションに関係無く、大きな単一容量性電極として駆動されることができる。この状態の間に、電子ドライバロジックは、２Ｄ座標として処理するのに必ずしも十分ではないが、対象物または人が、接近していると判定するのに十分である、信号の非常にわずかの変化を探す。電子機器は、その後、システム全体を「ウェークアップ」させ、エレメントは、再度、真の２ＤＣＴになるように駆動
される。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】２ＤＣＴについての従来技術の電極パターンを示す平面略図。
【図２】本発明の第１の実施形態の２ＤＣＴについての電極パターンの部分を示す平面略図。
【図３】第１の実施形態による２ＤＣＴプロトタイプの平面図であり、電極パターン、および、ｙ電極に接続するための、電極パターンエリアの周縁における第１接続層を示す平面図。
【図４】図３の２ＤＣＴプロトタイプの平面図であり、電極パターン、および、ｘ電極に接続するための、また、図３に示すｙ電極接続にｙ電極外部フィード線を接続するための、電極パターンエリアの周縁における第２接続層を示す平面図。
【図５】第１の実施形態についてのドライブおよびデータ採取回路要素のシステムレベル略図。
【図６】本発明の第２の実施形態の２ＤＣＴについての、電極パターンおよびｙ接続の部分を示す平面略図。
【図７】第２の実施形態の変形についての、電極パターンとｙ接続の部分を示す図６と類似の平面略図。
【図８】第２の実施形態による、２ＤＣＴプロトタイプの平面図であり、電極パターン、および、ｙ電極に接続するための、電極パターンエリアの周縁の第１接続層を示す平面図。
【図９】第２の実施形態による２ＤＣＴプロトタイプの平面図であり、ｙ電極間に抵抗エレメントを接続するための抵抗層を示す平面図。
【図１０】図８の２ＤＣＴプロトタイプの平面図であり、電極パターン、および、ｘ電極に接続するための、また、図８に示すｙ電極接続にｙ電極外部フィード線を接続するための、電極パターンエリアの周縁における第２接続層を示す平面図。
【図１１】第３の実施形態についての、電極パターンの部分を示す平面略図。
【図１２】第３の実施形態による２ＤＣＴプロトタイプの平面図であり、電極パターンを示す平面図。
【図１３】第４の実施形態についての、電極パターンの部分を示す平面略図。
【図１４】第５の実施形態についての電極パターンの一部を示す平面略図。
【図１５】第６の実施形態について、電極パターンの部分を示す平面略図。
【図１６】本発明を使用する２ＤＣＴを組み込むガラスタッチパネルデバイスの平面略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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